(57)【要約】【課題】排熱回収効率が高くシステム稼働率が高く、消費電力の増大も防止され、且つ、水自立性を有する燃料電池コージェネレーションシステムを提供する。【解決手段】気液接触塔７０にジャケット１３０を備え、貯液部７１に貯留される回収水４２ａと排熱温水４３ａとの熱交換を行うことにより、回収水４３ａからも排熱を回収し、また、混合ガス６３ａからの排熱及び水分の回収効率も高めることができ、排熱回収効率の高い、水自立性を有する燃料電池コージェネレーションシステムとなる。更に、貯湯タンク１２０下部の温度を検出し、回収水４２ａから排熱を回収するか否かを制御するので、稼働率の高い、消費電力増大を防止した燃料電池コージェネレーションシステムとなる。  【選択図】  図１
2005135630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学的反応により発電し、水を発生する燃料電池と；
前記発生した水を回収水として回収し貯留する貯液部を有し、前記貯液部に貯留された回収水により前記酸化剤ガスを加湿する酸化剤ガス加湿装置と；
前記貯液部に貯留された回収水を使って原料燃料を改質して燃料ガスを生成する改質装置と；
前記燃料電池を冷却した冷却水と熱を回収する排熱温水との熱交換を行う冷却水熱交換器と；
前記排熱温水を貯留する貯湯装置とを備え；
前記酸化剤ガス加湿装置は、前記貯液部に貯留された回収水と前記貯湯装置から導入された前記排熱温水との熱交換をする熱交換部を有する；
燃料電池コージェネレーションシステム。
【請求項２】
前記熱交換部は、前記貯液部に設置されたジャケットにより構成される；
請求項１に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
【請求項３】
前記貯湯装置から前記熱交換部へ前記排熱温水を送る第１の配管上に配置された第１の分岐部と；
前記熱交換部から前記貯湯装置へ前記排熱温水を戻し、前記冷却水熱交換器が配置された第２の配管上の前記熱交換部と前記冷却水熱交換器との間に配置された第２の分岐部と；
前記第１の分岐部と前記第２の分岐部とを直に連接するバイパス配管と；
前記貯湯装置から送られる前記排熱温水を前記熱交換部に導入する運転と、上記排熱温水を前記バイパス配管に導入する運転との切替を、第１の分岐部において行う流路切替手段とを備える；
請求項１又は請求項２に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
【請求項４】
前記貯湯装置に貯留される前記排熱温水の下部温度を検出する第１の温度検出器と；
前記酸化剤ガス加湿装置において前記酸化剤ガスを加湿する回収水を吐出する水分散器に送られる、前記回収水の温度を検出する第２の温度検出器と；
前記第１の温度検出器で検出された温度と、前記第２の温度検出器で検出された温度とに基づき、前記流路切替手段の制御を行う制御装置とを備える；
請求項３に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池コージェネレーションシステムに関し、特に、排熱と水分の回収効率の高い燃料電池コージェネレーションシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
都市ガス、ＬＰＧ、消化ガス、メタノール、ＧＴＬや灯油のような原料燃料と純水とから改質装置により水素に富む改質ガスを生成し燃料電池の燃料極に供給すると共に、空気等の酸素を含む酸化剤ガスを燃料電池の空気極に供給して電気化学的反応により発電し、発電電力と、燃料電池の発電排熱等の排熱を熱エネルギーとして回収して供給する燃料電池コージェネレーションシステムにおいて、高い発電効率だけでなく、排熱回収効率を高め、かつ、高いシステム稼働率を達成することが、該システムの経済性にとってきわめて重要である。
【０００３】
そこで、排ガス熱回収の効率を高めるために、排ガスに対して複数の熱交換器を配置するものもあった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、排熱回収効率を高めても、排熱を蓄熱する貯湯タンクが満蓄すると燃料電池を所定の作動温度に冷却することができなくなるので、システムを停止するか、又はラジエータを設けてこれを作動させるようにしていた。特に気温が高いときには、貯湯タンクが早く満蓄するので頻繁にシステムを停止するかラジエータを作動させざるを得ず、システムの稼働率が低下し、消費電力が増大するという課題があった。また、改質装置で改質ガスを生成するのに純水を供給する必要があり、更に燃料電池として積層型の固体高分子形燃料電池を用いる場合には、プロトン交換膜の電気伝導度を高く維持するために空気極に供給する酸化剤ガスを所定の露点まで加湿する必要があるが、外部より水を供給すると供給水中のシリカ等不純物の処理負荷が増加し、システムで用いる純水装置の寿命が短くなるという課題もあった。
そこで本発明は、排熱の回収効率が高く、システム稼働率が高く、消費電力の増大を防止し、且つ、外部より水の供給を受けずに運転できる水自立性を有する燃料電池コージェネレーションシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明に係る燃料電池コージェネレーションシステム１は、例えば図１に示すように、燃料ガス３ａと酸化剤ガス６１ａとの電気化学的反応により発電し、水を発生する燃料電池３０と、発生した水を回収水４２Ｃとして回収し貯留する貯液部７１を有し、貯液部７１に貯留された回収水４２ａにより酸化剤ガス６１ａを加湿する酸化剤ガス加湿装置７０と、貯液部７１に貯留された回収水４２ａを使って原料燃料２ａを改質して燃料ガス３ａを生成する改質装置７と、燃料電池３０を冷却した冷却水２４ａと熱を回収する排熱温水４３ａとの熱交換を行う冷却水熱交換器１１０と、排熱温水４３ａを貯留する貯湯装置１２０とを備え、酸化剤ガス加湿装置７０は、前記貯液部に貯留された回収水４２ａと貯湯装置１２０から導入された排熱温水４３ａとの熱交換をする熱交換部１３０を有する。
【０００６】
このように構成すると、酸化剤ガス加湿装置が回収水と排熱温水との熱交換部を備えるので、回収水の有する熱を排熱温水で回収することができ、排熱の回収効率が高い燃料電池コージェネレーションシステムとなる。また、燃料ガスの生成と酸化剤ガスの加湿に、燃料電池の電気化学的反応により発生した水分の回収水が活用されるので、水自立性を有する燃料電池コージェネレーションシステムとなる。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明に係る燃料電池コージェネレーションシステム１は、例えば図１に示すように、請求項１に記載の燃料電池コージェネレーションシステム１において、熱交換部１３０は、貯液部７１に設置されたジャケットにより構成される。
【０００８】
このように構成すると、熱交換部が酸化剤ガス加湿装置の貯液部に設置されたジャケットにより構成されるので、新たな熱交換器を要さず、装置の数が増えることもなく、また、圧力損失の増加も少なく、消費電力の増加も少ない。なお、ジャケットとは、貯液部の周りを覆うように設けられた排熱温水の流路である。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明に係る燃料電池コージェネレーションシステム１は、例えば図１に示すように、請求項１又は請求項２に記載の燃料電池コージェネレーションシステム１において、貯湯装置１２０から熱交換部１３０へ排熱温水４３ａを送る第１の配管１２８上に配置された第１の分岐部１２７と、熱交換部１３０から貯湯装置１２０へ排熱温水４３ａを戻し、冷却水熱交換器１１０が配置された第２の配管１２９上の熱交換部１３０と冷却水熱交換器１１０との間に配置された第２の分岐部１３７と、第１の分岐部１２７と第２の分岐部１３７とを直に連接するバイパス配管１３１と、貯湯装置１２０から送られる排熱温水４３ａを熱交換部１３０に導入する運転と、排熱温水４３ａをバイパス配管１３１に導入する運転との切替を、第１の分岐部１２７において行う流路切替手段とを備える。
【００１０】
このように構成すると、排熱温水を熱交換部に導入する運転中には熱交換部で回収水の熱を排熱温水で回収し、排熱温水をバイパス配管に導入する運転中には熱交換部で回収水の熱を排熱温水で回収することがないので、貯湯装置が満蓄に近づくときには回収水からの排熱回収を行わない運転とすることができる。すなわち、排熱温水は、燃料電池を冷却した冷却水だけから熱を回収する。よって、排熱温水に蓄えられる熱が少なくなるので、冷却水は冷却され、燃料電池燃料コージェネレーションシステムの運転を停止する必要もなく、燃料電池コージェネレーションシステムの稼働率を高めることができる。また、ラジエータを作動する必要もないので、消費電力の増大も防止される。更に、双方の運転の切り替えを第１の分岐部の流路切替手段で行うことができるので、運転の切り替えが容易となる。なお、「直に連接する」とは、バイパス配管経路上に実質的な機器が介在しないことをいい、例えばストレーナや小容量の貯槽などの機器がバイパス配管に設置されている場合を含む。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明に係る燃料電池コージェネレーションシステム１は、例えば図１に示すように、請求項３に記載の燃料電池コージェネレーションシステム１において、貯湯装置１２０に貯留される排熱温水４３ａの下部温度を検出する第１の温度検出器１２４と、酸化剤ガス加湿装置７０において前記酸化剤ガスを加湿する回収水４２ａを吐出する水分散器７９に送られる、回収水４２ａの温度を検出する第２の温度検出器１２６と、第１の温度検出器１２４で検出された温度と、第２の温度検出器１２６で検出された温度とに基づき、流路切替手段１２７の制御を行う制御装置１２２とを備える。
【００１２】
このように構成すると、貯湯装置に貯留される排熱温水の下部温度と、水分散器に送られる回収水の温度とにより、回収水から排熱回収を行うか否かを定め、流路切替手段により、排熱温水を熱交換部に導入する運転とバイパス配管に導入する運転との切り替えを行うので、回収水から排熱回収を行いあるいは行わない運転の切り替えができる。なお、「貯留される排熱温水の下部温度」とは、貯留される排熱温水の底部から半分の深さ以下での温度、好ましくは４分の１の深さ以下の温度、更に好ましくは、１０分の１の深さ以下での温度をいう。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、燃料電池での電気化学的反応により発生した水分を回収水として回収し、酸化剤ガス加湿装置が回収水と排熱温水との熱交換部を備えることにより回収水で回収した排熱を排熱温水で回収することができるので、排熱の回収効率が高く、水自立性を有する燃料電池コージェネレーションシステムを提供することができる。更に、排熱温水を熱交換部に導入し、あるいは導入しない運転の切り替えを行うことにより、貯湯装置が満蓄となりそうなときには排熱の回収を行うことがないので、稼働率の高い、且つ、消費電力の増大を防止した燃料電池コージェネレーションシステムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、互いに同一又は相当する装置等には同一符号を付し、重複した説明は省略する。また、図１中、「ａ」を添えた符号及び「４２Ａ」、「４２Ｂ」、「４２Ｃ」は物を表し、これらの符号で示されるときに線は物の流れを、これらの符号を添えていない符号で示されるときに線は配管を表す。また、破線は、電気信号を表す。
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態である燃料電池コージェネレーションシステム１の模式的ブロック図である。燃料電池コージェネレーションシステム１は、改質装置７と、燃料電池３０と、酸化剤ガス加湿装置としての気液接触塔７０と、貯湯装置としての貯湯タンク１２０と、冷却水熱交換器１１０と、混合ガス熱交換器８３と、燃料ガス熱交換器１１４と、制御装置としての制御部１２２と、排熱温水の流路切替手段としての三方電磁弁１２７と、気液分離器４５、５５、８９と、ブロワ８４と、ポンプ８２、８５、１０８、１２５と、純水装置８６と、水処理装置９３とを備える。
【００１６】
改質装置７は、天然ガス、ナフサ、メタノール、灯油のような原料燃料２ａを導入するノズル（不図示）と、純水装置８６から送出される改質装置供給水６５ａを導入するノズル（不図示）と、燃料電池３０から排出されるアノードオフガス２１ａを導入するノズル（不図示）と、空気４ａを導入するノズル（不図示）と、改質反応により生成される燃料ガスとしての改質ガス３ａを導出するノズル（不図示）と、燃焼排ガス６ａを排出するノズル（不図示）とを有し、更に、改質装置７は、起動時や改質反応に必要な改質熱が不足する時に燃焼させる補助燃料としての燃焼燃料５ａを導入するノズル（不図示）とを有する。改質装置７で生成された改質ガス３ａを導出するノズル（不図示）は、燃料ガス熱交換器１１４、気液分離器４５を経て、燃料電池３０の燃料極３２と接続されている。
【００１７】
燃料電池３０は、例えば積層型の固体高分子形燃料電池を使用することができ、冷却水流路３１と燃料極３２と空気極３３とを有する。空気極３３には、気液接触塔７０から燃料ガス熱交換器１１４を経て送出される酸化剤ガス６１ａを導入するノズル（不図示）と、カソードオフガス２２ａを排出するノズル（不図示）が配置される。冷却水流路３１には、ポンプ１０８から圧送されて燃料ガス熱交換器１１４を経て供給される冷却水としてのスタック冷却水２４ａを導入するノズル（不図示）と、スタック冷却水２４ａを流出するノズル（不図示）が配置される。燃料極３２には、改質装置７で生成され燃料ガス熱交換器１１４を経て供給される改質ガス３ａを導入するノズル（不図示）と、アノードオフガス２１ａを排出するノズル（不図示）が配置される。
【００１８】
燃料電池３０は、改質ガス３ａと酸化剤ガス６１ａとの電気化学的反応により電力を出力し、水を発生する。この電気化学的反応は、発熱反応であり、冷却するためにスタック冷却水２４ａが導入されている。ここで発生した熱が主に排熱となり、スタック冷却水２４ａあるいは排出されるガス（アノードオフガス２１ａ、カソードオフガス２２ａ）により燃料電池３０から搬出される。また、なお、固体高分子形燃料電池を用いる場合には、プロトン交換膜（不図示）の電気伝導度を高く維持するために空気極に供給する酸化剤ガス６１ａを所定の露点まで加湿する必要がある。要求される酸化剤ガス６１ａの露点は使用する燃料電池の作動温度等運転条件によって変わるが、５０〜８０℃の範囲であるのが一般的である。
【００１９】
燃料電池３０の空気極３３から排出されたカソードオフガス２２ａを搬送する配管１４１と、改質装置７から排出された燃焼排ガス６ａを搬送する配管１４２とは分岐管にて合流し、排熱及び水分を保有するガスとしての混合ガス６３ａを搬送する配管１４３となる。配管１４３は、混合ガス熱交換器８３に連接し、更に、気液分離器８９を経て、系外への排気口（不図示）に至る。
【００２０】
燃料電池３０の冷却水流路３１には、スタック冷却水２４ａが流れ、燃料電池３０を冷却しつつ、改質ガス３ａと酸化剤ガス６１ａとの電気化学的反応により発生した熱を吸収する。冷却水流路３１から排出されるスタック冷却水２４ａが流れる流路には、冷却水熱交換器１１０とポンプ１０８と燃料ガス熱交換器１１４とが、この順序で配置され、冷却水２４ａの流路は、これらの機器を経由して冷却水流路３１に戻る循環経路とされる。なお、ポンプ１０８は、スタック冷却水２４ａを圧送して循環させるもので、冷却水熱交換器１１０と燃料ガス熱交換器１１４との間でなくても、循環するスタック冷却水２４ａの経路上に配置されればよい。
【００２１】
冷却水熱交換器１１０は、貯湯タンク１２０に貯えられる排熱温水４３ａと、スタック冷却水２４ａとを熱交換する熱交換器であり、温度差の比較的小さな液体同士で熱交換を行うためにプレート型熱交換器が好適に用いられる。冷却水熱交換器１１０により、排熱温水４３ａは加熱され、冷却水２４ａは冷却される。すなわち、排熱温水４３ａによりスタック冷却水２４ａ中の排熱を回収する。冷却水熱交換器１１０の排熱温水４３ａの出口ノズル（不図示）は、貯湯タンク１２０に接続され、排熱温水４３ａが排熱を回収した後に貯湯タンクに貯留されることにより、排熱は貯湯タンク１２０に回収熱として貯えられる。なお、２つの機器等が「接続される」とは、配管を介して接続される場合を含む。
【００２２】
燃料ガス熱交換器１１４は、スタック冷却水２４ａと、気液接触塔７０から送出される酸化剤ガス６１ａとを熱交換し、更にスタック冷却水２４ａと、改質装置７から送出される改質ガス３ａとを熱交換する３流体の熱交換器であって、多管式熱交換器が好適に用いられる。更に好適には、酸化剤ガス６１ａと改質ガス３ａとの流路には、フィンを設けた管を備える多管式熱交換器とする。あるいは、３重管型熱交換器も好適に用いられる。
【００２３】
燃料ガス熱交換器１１４の改質ガス３ａの出口ノズル（不図示）は、気液分離器４５を経て、燃料電池３０の燃料極３２に接続される。燃料ガス熱交換器１１４の酸化剤ガス６１ａの出口ノズル（不図示）は、気液分離器５５を経て、燃料電池３０の空気極３３に接続される。燃料ガス熱交換器１１４のスタック冷却水２４ａの出口ノズル（不図示）は、燃料電池３０の冷却水流路３１に接続される。
【００２４】
気液分離器４５は、改質ガス３ａ中の水分を分離し、分離された回収水４２Ａを気液接触塔７０に導入する配管が気液分離器４５に接続される。気液分離器５５は、酸化剤ガス６１ａ中の水分を分離し、分離された回収水４２Ｂを気液接触塔７０に導入する配管が気液分離器５５に接続される。また、気液分離器８９は、混合ガス６３ａ中の水分を分離し、分離された回収水４２Ｃを気液接触塔７０に導入する配管が気液分離器８９に接続される。
【００２５】
気液接触塔７０は、その下部に、気液分離器４５、５５、８９から送出された回収水４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃが入る回収水入口７３と、導入された回収水４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃを回収水４２ａとして貯留する貯液部７１と、ポンプ８２、８５によって回収水４２ａが外に向けて吸引される回収水吸引口７４と、所定の水位レベルを超える回収水４２ａが溢れ出て流れ込む溢流管７５と、回収水４２ａが溢流管７５に溢れて流れ込む溢流口７６と、酸化剤ガス６１ａが入り込む酸化剤ガス入口７２を溢流口７６の上方に有する。所定の水位レベルとは、溢流口７６が設定された水位レベルである。回収水４２ａは溢流管７５から気液接触塔７０の系外に流れ出る。また、貯液部７１の周囲には、熱交換部として、排熱温水４３ａが流れるジャケット１３０が設けられる。なお、本実施の形態で例示する酸化剤ガス入口７２は、大気開放されており、大気中の空気を酸化剤ガス６１ａとして用いる。
【００２６】
気液接触塔７０は、その上部に、酸化剤ガス６１ａが燃料電池３０の空気極３３に向けて流れ出る酸化剤ガス出口７７と、混合ガス熱交換器８３から戻った回収水４２ａが注入される回収水注入口７８と、回収水注入口７８に注入された回収水４２ａを細かい水滴として気液接触塔７０内に撒き散らす水分散器７９とを有する。また、上部に配置する水分散器７９と酸化剤ガス出口７７との間に、デミスタ９１が設けられる。デミスタ９１により充填部８０から上昇する酸化剤ガス６１ａに随伴したミストが除去される。
【００２７】
気液接触塔７０は、その上部と下部の間に、注入された回収水４２ａと酸化剤ガス６１ａとの気液接触を促進するための充填物を充填した充填部８０と、充填部８０を支持する充填物支持板８１とを有する。
【００２８】
回収水吸引口７４の先は、ポンプ８２、水処理装置９３及び混合ガス熱交換器８３を経て、気液接触塔７０上部の水分散器７９に接続される。このように、貯液部７１から回収水吸引口７４、ポンプ８２、水処理装置９３、混合ガス熱交換器８３、回収水注入口７８、水分散器７９、充填部８０を経て貯液部７１に回収水４２ａを循環する循環経路が構成される。
【００２９】
混合ガス熱交換器８３は、温度差の比較的少ない、混合ガス６３ａである気体と回収水４２ａである液体との熱交換をするので、プレート型熱交換器が好適に用いられる。あるいは、多管式熱交換器が好適に用いられる。更に好適には、混合ガス６３ａの流路にフィンを備えた多管式熱交換器が用いられる。
【００３０】
回収水吸引口７４には、ポンプ８２への流路中で分岐された先にポンプ８５が接続され、気液接触塔７０内の回収水４２ａの一部を改質装置供給水６５ａとして純水装置８６に送る。純水装置８６はイオン交換樹脂充填カラム８７を備えており、改質装置供給水６５ａを純水に精製する。純水装置８６の出口ノズル（不図示）は、改質装置７に接続されており、純水に精製された改質装置供給水６５ａが改質装置７に液送される。また、イオン交換樹脂が改質装置供給水６５ａに混入することを防止するために、イオン交換樹脂充填カラム８７の下流側にフィルタ８８を設置してもよい。更に、酸化剤ガス６１ａに粉塵等の固形汚染物質が多量に含まれる場合には、イオン交換樹脂充填カラム８７の上流側に固形物フィルタを追加することもできる。
【００３１】
本実施の形態では、ポンプ８５を用いて改質装置供給水６５ａを純水装置８６へ液送しているが、これに代えて、回収水吸引口７４に接続するポンプ８２の吐出口と純水装置８６の入口とを連結する分岐配管を設け、循環する回収水４２ａの一部を分岐して改質装置供給水６５ａとして純水装置８６へ流送することもできる。この場合には、改質装置供給水６５ａ用のポンプ８５を省き構成部材を削減することができる。しかし、ポンプ８２とポンプ８５の２台のポンプを備えることで、酸化剤ガス６１ａの加湿用の回収水４２ａの循環量と、改質装置供給水６５ａの供給量との調整がスムースに行われ、また、システムとしての信頼性も向上する。
【００３２】
気液接触塔７０の酸化剤ガス出口７７に、酸化剤ガス６１ａを燃料電池３０に圧送するブロワ８４が接続される。ブロワ８４により気液接触塔７０内の酸化剤ガス６１ａが吸引される。酸化剤ガス入口７２から吸引された酸化剤ガス６１ａと、回収水注入口７８から注入された回収水４２ａは、充填部８０にて向流接触する。
【００３３】
ブロワ８４の出口は、燃料ガス熱交換器１１４、気液分離器５５を経て、燃料電池３０の空気極３３に接続される。ブロワ８４にて酸化剤ガス６１ａを昇圧して、燃料電池３０の空気極３３に供給する。
【００３４】
ブロワ８４による昇圧の結果、酸化剤ガス６１ａの露点が上昇する。例えば、ブロワ８４による酸化剤ガス６１ａの圧力上昇を１２ｋＰａとして、酸化剤ガス出口７７における酸化剤ガス６１ａの露点が５０℃の場合は、酸化剤ガス６１ａの露点が約２℃上昇し約５２℃になる。よって、酸化剤ガス６１ａの達成すべき露点が一定の場合、酸化剤ガス６１ａのブロワ８４を気液接触塔７０の下流側に配置することにより、気液接触塔７０の加湿負荷を軽減し、気液接触塔７０をコンパクト化することができる。また、ブロワ８４を酸化剤ガス入口７２側に配置した場合と違って、気液接触塔７０内はブロワ８４により加圧されることがない。
【００３５】
また、気液接触塔７０内の貯液部７１は、酸化剤ガス入口７２により大気開放状態を維持することにより大気圧の状態にあるので、気液分離器４５、５５、８９とのレベル差によって気液分離器４５、５５、８９から回収水４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃを貯液部７１へ導入することができる。したがって、回収水４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃを液送する送液ポンプ等を不要にすることができる。さらに、余剰の回収水４２ａは、追加の送液ポンプや液面センサ等の系外排出機器を用いることなく、貯液部７１内に配置する溢流管７５の底部排出口から燃料電池コージェネレーションシステム１の系外へ排出することができる利点もある。
【００３６】
水処理装置９３は、気液接触塔７０の回収水吸引口７４に接続する回収水４２ａの循環経路中のポンプ８２の下流側に配置され、イオン交換樹脂充填カラム９４を有している。この水処理装置９３のイオン交換樹脂充填カラム９４に用いるイオン交換樹脂としては、陰イオン交換樹脂が望ましい。本実施の形態において、酸化剤ガス６１ａ中に含まれる酸性ガス汚染物質、例えば、硫黄酸化物ＳＯ２は、ＳＯ２ ＋ ＯＨ−  →  ＨＳＯ３−  の反応式のように、充填部８０にて接触する回収水４２ａの中の水酸化イオンＯＨ−と反応してイオン化し、回収水４２ａに吸収されている。そして、吸収された回収水４２ａ中のＨＳＯ３−は、ＨＳＯ３− ＋ Ｒ−ＯＨ−  →  Ｒ−ＨＳＯ３− ＋ ＯＨ−  の反応式のように、イオン交換樹脂充填カラム９４にて陰イオン交換樹脂の水酸化イオンＯＨ−とイオン交換をしてイオン交換樹脂充填カラム９４内のイオン交換樹脂に吸着される。この時に、水酸化イオンＯＨ−が回収水４２ａに供給される。また、イオン交換樹脂充填カラム９４の下流側にフィルタ９５を設置することで、イオン交換樹脂が回収水４２ａに混入することを防止する。更に、酸化剤ガス６１ａに粉塵等の固形汚染物質が多量に含まれる場合には、イオン交換樹脂充填カラム９４の上流側に固形物フィルタを追加することもできる。
【００３７】
本実施の形態では、回収水４２ａが循環する循環経路に、陰イオン交換樹脂を用いた水処理装置９３を備えることによって、気液接触塔７０で酸化剤ガス６１ａと気液接触する回収水４２ａに水酸化イオンＯＨ−を常に供給する。すなわち、循環する回収水４２ａが常にアルカリ性に保たれ、酸化剤ガス６１ａに含有されるＮＯｘ、ＳＯｘ等の酸性ガスの汚染物質が効果的に除去される。但し、水処理装置９３は、備えられていなくてもよい。
【００３８】
貯湯タンク１２０は、排熱温水４３ａを貯留するタンクである。貯湯タンク１２０には、排熱温水４３ａを供給又は循環させることにより系外の熱需要に熱を供給する装置（不図示）が接続されている。例えば、貯湯タンク１２０に貯留される排熱温水４３ａが系外に循環し、排熱を供給した後に、貯湯タンク１２０に戻される。すなわち、排熱温水４３ａに回収された排熱が、熱源として有効利用される。
【００３９】
貯湯タンク１２０には、上記の系外への循環経路の他に、燃料電池コージェネレーションシステム１内に、排熱を回収するための排熱温水４３ａの循環経路が接続されている。この循環経路として、貯湯タンク１２０に第１の配管１２８が接続される。第１の配管１２８には、ポンプ１２５が設置され、排熱温水４３ａを吸引し、圧送する。第１の配管１２８には、第１の分岐部であり、かつ、流路切替手段である三方電磁弁１２７が配置されている。三方電磁弁１２７の一方は、更に第１の配管１２８を経て、気液接触塔７０のジャケット１３０に接続している。三方電磁弁１２７の他の一方は、バイパス配管１３１に接続している。
【００４０】
ここで、図２の部分断面図を参照して、ジャケット１３０の構造を説明する。ジャケット１３０は、気液接触塔７０の貯液部７１の周囲に設けられた排熱温水４３ａの流路である。排熱温水４３ａは、第１の配管１２８から、ジャケット１３０下部の入口ノズル１３２を通ってジャケット１３０内に導入される。ジャケット１３０内は、排熱温水４３ａが貯液部７１の壁面に沿って流れるように、中に仕切りが設けられている。図２（ａ）に示すジャケット１３０では、ジャケット内に１箇所の排熱温水４３ａの流路である穴を有する上下方向の流れを遮断する仕切板１３４Ａ〜１３４Ｇが、水平に等間隔に配置されている。各仕切板１３４Ａ〜１３４Ｇは、穴が隣り合う仕切板１３４Ａ〜１３４Ｇの穴と円周方向反対の位置となるように、設置される。また、入口ノズル１３２直上の仕切板１３４Ａは、穴が入口ノズル１３２と円周方向反対の位置となるように、設置される。同様に出口ノズル１３３直下の仕切板１３４Ｇは、穴が出口ノズル１３３と円周方向反対の位置となるように、設置される。入口ノズル１３２からジャケット１３０内に導入された排熱温水４３ａは、仕切板１３４Ａの下で、貯液部７１の壁面に沿って２手に別れ、半周する。半周したところで、仕切板１３４Ａの穴を通って、上方に流れ、仕切板１３４Ａと仕切板１３４Ｂの間の流路に至る。仕切板１３４Ａと仕切板１３４Ｂの間で、排熱温水４３ａは、貯液部７１の壁面に沿って２手に別れ、半周する。このように、順次仕切板の間を半周しながら、排熱温水４３ａは、ジャケット１３０内を上方に流れる。排熱温水４３ａは、貯液部７１の壁面に沿って流れる間に、貯液部７１に貯留される回収水４２ａと熱交換をして、加熱される。排熱温水４３ａが加熱されるにつれ、回収水４２ａは冷却される。
【００４１】
図２（ｂ）に示すジャケット１３０では、１箇所の排熱温水４３ａの流路である穴を有する上下方向の流れを遮断する仕切板１３５Ａ〜１３５Ｇが、水平に等間隔に配置されている。仕切板１３５Ａ〜１３５Ｇの間及び最下段の仕切板１３５Ａとジャケット１３０下面の間並びに最上段の仕切板１３５Ｇとジャケット１３０上面の間には、水平な流路を遮断する立板１３６が水平な流路の数だけ配置される。各仕切板１３５Ａ〜１３５Ｇは、穴と隣り合う仕切板１３５Ａ〜１３５Ｇの穴が、立板１３６を挟むように設置される。また、入口ノズル１３２直上の仕切板１３５Ａは、穴と入口ノズル１３２とが立板３６を挟むように設置される。同様に出口ノズル１３３直下の仕切板１３５Ｇは、穴と出口ノズル１３３とが立板３６を挟むように設置される。入口ノズル１３２からジャケット１３０内に導入された排熱温水４３ａは、仕切板１３５Ａの下で、立板３６に遮断されていない方向に、貯液部７１の壁面に沿ってほぼ１周流れる。ほぼ１周したところで、仕切板１３５Ａの穴を通って、上方に流れ、仕切板１３５Ａと仕切板１３５Ｂの間の流路に至る。仕切板１３５Ａと仕切板１３５Ｂの間で、排熱温水４３ａは、立板３６に遮断されていない方向に、貯液部７１の壁面に沿ってほぼ１周流れる。このように、順次仕切板の間をほぼ１周しながら、排熱温水４３ａは、ジャケット１３０内を上方に流れる。排熱温水４３ａは、貯液部７１の壁面に沿って流れる間に、貯液部７１に貯留される回収水４２ａと熱交換をして、加熱され、排熱温水４３ａが加熱されるにつれ、回収水４２ａは冷却される。
【００４２】
なお、ジャケット１３０内の構造は、上記に限られない。ジャケット１３０の内部に仕切板１３４Ａ〜１３４Ｇ、１３５Ａ〜１３５Ｇや立板１３６を有さずに１の空間として、ジャケット１３０内を自由に排熱温水４３ａが流れるようにしてもよい。この場合には、熱交換効率は低下するが、構造が単純になり、製作も容易で、流路が詰まることもなく、また、圧力損失も更に低減する。
【００４３】
なお、貯液部７１に設けたジャケット１３０により熱交換を行うので、回収水４２ａの圧力損失は全く増加せず、ジャケット１３０を流れる排熱温水４３ａの圧力損失の増加も少なく、回収水４２ａや排熱温水４３ａを流送するためのポンプ８２、１２５で消費される電力の増加もほとんどない。また、装置の構造が単純で、製造も容易であり、機器数が増えることもない。なお、熱交換は、貯液部７１に設けたジャケット１３０により行わなくてもよく、貯液部７１に貯留する回収水４２ａ中に排熱温水４３ａの流れる配管を挿入設置してもよいし、回収水４２ａと排熱温水４３ａとが流れるプレート型熱交換器あるいは多管式熱交換器を設置してもよい。このように構成すると、回収水４２ａと排熱温水４３ａとの熱交換効率が高まる。
【００４４】
図１に戻り、本発明の実施の形態である燃料電池コージェネレーションシステム１についての説明を続ける。ジャケット１３０の出口ノズル１３３（図２参照）には、第２の配管１２９が接続している。第２の配管１２９は冷却水熱交換器１１０に接続している。ジャケット１３０と冷却水熱交換器１１０との間の第２の配管１２９上に、第２の分岐部としての分岐管１３７が配置されている。分岐管１３７は、第１の配管１２８上の三方電磁弁１２７と接続するバイパス配管１３１と冷却水熱交換器１１０とに接続される。第２の配管１２９が、更に、冷却水熱交換器１１０と貯湯タンク１２０とを接続することにより、循環経路を構成する。
【００４５】
この循環経路を流れることにより、貯湯タンク１２０に貯留される排熱温水４３ａは、ジャケット１３０で回収水４２ａと、冷却水熱交換器１１０でスタック冷却水２４ａと熱交換をして、排熱を回収し、貯湯タンク１２０に戻り、排熱を貯湯タンク１２０に蓄える。
【００４６】
貯湯タンク１２０の下部には、第１の温度検出器１２４が設置される。貯湯タンク１２０内で、排熱温水４３ａは温度による成層をなして貯留されており、すなわち、高温の排熱温水４３ａは貯湯タンク１２０の上部に、低温の排熱温水４３ａは貯湯タンク１２０の下部に貯留する。そこで、系外に熱源として供給される排熱温水４３ａは上部の排熱温水４３ａを、排熱回収のためにジャケット１３０及び冷却水熱交換器１１０を循環する排熱温水４３ａは下部の排熱温水４３ａを用いる。第１の温度検出器１２４は、ジャケット１３０及び冷却水熱交換器１１０を循環する排熱温水４３ａの温度を計測するために貯湯タンク１２０の下部に設置される。あるいは、貯湯タンク１２０から排熱回収に循環する配管１２８の貯湯タンク１２０と三方電磁弁１２７との間に配置してもよい。第１の温度検出器１２４で検出された温度は、電気信号ｉ１として、制御部１２２に伝送される。
【００４７】
また、第２の温度検出器１２６が、混合ガス熱交換器８３を出て、気液接触塔７０の水分散器７９に送られる回収水４２ａの温度を測定するために、混合ガス熱交換器８３から気液接触塔７０に至る回収水４２ａの流路である配管１３８に設置される。なお、第２の温度検出器１２６は、回収水注入口７８に配置されてもよい。第２の温度検出器１２６で検出された温度は、電気信号ｉ２として、制御部１２２に伝送される。更に、制御部１２２からは、制御信号ｉ３が第１の配管１２８上の三方電磁弁１２７に送られる。
【００４８】
次に、本発明の実施の形態である燃料電池コージェネレーションシステム１の作用を説明する。
改質装置７では、原料燃料２ａと改質装置供給水６５ａとの改質反応により、水素を主成分とする水素含有ガスとしての改質ガス３ａを生成する。通常、改質装置供給水６５ａが必要量以上に供給されるので、改質ガス３ａは水分を多く含む。改質装置７は、さらに空気４ａ(燃焼用空気)と、燃料極３２から排出される後述のアノードオフガス２１ａを、燃焼部(不図示)に導入して燃焼し、原料燃料２ａの改質反応のための改質熱を発生させ、燃焼排ガス６ａを排出する。改質装置７で製造された改質ガス３ａは、燃料ガス熱交換器１１４に送出され、燃料ガス熱交換器１１４でスタック冷却水２４ａにより冷却され、温度及び露点が適宜調整される。燃料ガス熱交換器１１４に入る前の改質ガス３ａの温度は、６５〜１００℃、燃料ガス熱交換器１１４を出る改質ガス３ａの温度は、５０〜７０℃である。冷却された改質ガス３ａでは、水分が凝縮し、気液分離器４５において回収水４２Ａが分離される。気液分離器４５で回収水４２Ａが分離された改質ガス３ａは、燃料電池３０の燃料極３２に供給される。
【００４９】
気液接触塔７０に吸引された酸化剤ガス６１ａは、充填部８０へ導かれ、充填部８０を通過中に回収水４２ａと気液接触し、回収水４２ａによって洗浄されると共に、昇温及び加湿される。洗浄、昇温、加湿が終了した酸化剤ガス６１ａは、デミスタ９１にてミストが除去された後に気液接触塔７０から流出する。なお、気液接触塔７０に入る酸化剤ガス６１ａの温度は、５〜４０℃であり、気液接触塔７０を流出する酸化剤ガス６１ａの温度は、５０〜６５℃である。
【００５０】
気液接触塔７０を流出した酸化剤ガス６１ａは、ブロワ８４によって昇圧され、燃料ガス熱交換器１１４に圧送され、燃料ガス熱交換器１１４でスタック冷却水２４ａにより冷却される。燃料ガス熱交換器１１４で冷却された酸化剤ガス６１ａは、余剰な水分が凝縮し、気液分離器５５で凝縮した回収水４２Ｂが分離され、回収水４２Ｂが分離された酸化剤ガス６１ａは、燃料電池３０の空気極３３に供給される。燃料ガス熱交換器１１４に入る前の酸化剤ガス６１ａの温度は、５５〜８５℃、燃料ガス熱交換器１１４を出る酸化剤ガス６１ａの温度は、５０〜７０℃である。燃料ガス熱交換器１１４に入る前のスタック冷却水２４ａの温度は、５０〜７０℃であり、燃料ガス熱交換器１１４を出るスタック冷却水２４ａの温度は、５０〜７０℃である。ここで、燃料ガス熱交換器１１４においては、スタック冷却水２４ａと、酸化剤ガス６１ａ並びに改質ガス３ａとの比熱が大きく異なるので、酸化剤ガス６１ａ並びに改質ガス３ａが冷却されても、スタック冷却水２４ａの温度はほとんど変わらない。スタック冷却水２４ａ、酸化剤ガス６１ａ及び改質ガス３ａは、燃料ガス熱交換器１１４で並流することによりそれぞれの出口温度は同じとなり、燃料電池３０に送られる。
【００５１】
燃料電池３０は、空気極３３に供給された酸化剤ガス６１ａと、燃料極３２に供給された改質ガス３ａとの、電気化学的反応により電力を出力し、燃料極３２からアノードオフガス２１ａを、空気極３３からカソードオフガス２２ａを排出する。なお、改質ガス３ａは水素を主成分としており、酸化剤ガス６１ａとの電気化学的反応で、水分を多く生じ、オフガスとして排出する。燃料極３２から排出されたアノードオフガス２１ａは改質装置７に送出され、改質反応の改質熱を発生させるために燃焼される。改質装置７は、アノードオフガス２１ａの燃焼により発生する燃焼排ガス６ａを排出する。燃焼排ガス６ａとカソードオフガス２２ａとは混合し、水分を含む混合ガス６３ａとなる。
【００５２】
混合ガス６３ａは、混合ガス熱交換器８３へ供給される。混合ガス熱交換器８３では、混合ガス６３ａ中の顕熱及び潜熱の一部が、熱交換により、気液接触塔７０から供給された回収水４２ａに回収される。混合ガス熱交換器８３に入る前の混合ガス６３ａの温度は、６０〜８０℃であり、混合ガス熱交換器８３を出る混合ガス６３ａの温度は、３５〜５５℃である。また、この場合の混合ガス熱交換器８３に入る前の回収水４２ａの温度は、３０〜５０℃であり、混合ガス熱交換器８３を出る回収水４２ａの温度は、５５〜７０℃である。混合ガス熱交換器８３で回収水４２ａとの間で熱交換が行われ、回収水４２ａが混合ガス６３ａによって加熱されることにより混合ガス６３ａ中の排熱が回収水４２ａに回収される。混合ガス熱交換器８３に導入される回収水４２ａが貯液部７１にて排熱温水４３ａとの熱交換により冷却されているので、混合ガス６３ａからより多くの熱が回収水４２ａに回収される。また、回収水４２ａによりより多くの熱を回収された混合ガス６３ａは温度が下がるので、混合ガス６３ａ中の水分もより多く凝縮する。すなわち、排熱だけではなく、水分もより多く回収される。混合ガス熱交換器８３にて冷却された混合ガス６３ａ中に凝縮した水分は回収水４２Ｃとして気液分離器８９で分離される。水分が分離された混合ガス６３ａは、系外１０２に排ガス６４ａとして放出される。
【００５３】
スタック冷却水２４ａは、燃料ガス熱交換器１１４で改質ガス３ａ及び酸化剤ガス６１ａを冷却した後に、燃料電池３０の冷却水流路３１に送られ、燃料電池３０を冷却し、改質ガス３ａと酸化剤ガス６１ａとの電気化学的反応により発生した熱を吸収する。冷却水流路３１を出たスタック冷却水２４ａは、冷却水熱交換器１１０に導入される。冷却水熱交換器１１０で、スタック冷却水２４ａと貯湯タンク１２０から導入された排熱温水４３ａとの間で熱交換が行われ、スタック冷却水２４ａは排熱温水４３ａを加熱し、排熱温水４３ａはスタック冷却水２４ａを冷却する。このようにして、スタック冷却水２４ａ中に吸収された燃料電池３０からの排熱は、排熱温水４３ａに回収される。なお、冷却水熱交換器１１０に入る前のスタック冷却水２４ａの温度は、６０〜８０℃であり、冷却水熱交換器１１０を出るスタック冷却水２４ａの温度は、５０〜７０℃である。また、冷却水熱交換器１１０に入る前の排熱温水４３ａの温度は、５〜４５℃であり、冷却水熱交換器１１０を出る排熱温水の温度は、６０〜８０℃である。
【００５４】
冷却水熱交換器１１０によって排熱温水４３ａに排熱を回収させ、温度が低下したスタック冷却水２４ａは、ポンプ１０８へ導かれ、ポンプ１０８により昇圧され、再び燃料ガス熱交換器１１４へ送出される。
【００５５】
燃料ガス熱交換器１１４で冷却された改質ガス３ａ中に凝縮し気液分離器４５によって分離された回収水４２Ａは、気液接触塔７０に導入される。燃料ガス熱交換器１１４により冷却された酸化剤ガス６１ａ中に凝縮し気液分離器５５によって分離された回収水４２Ｂは気液接触塔７０に導入される。混合ガス熱交換器８３で冷却された混合ガス６３ａ中に凝縮し気液分離器８９によって分離された回収水４２Ｃは、気液接触塔７０に導入される。これらの導入された回収水４２Ａ〜Ｃは、一緒になって回収水４２ａとして気液接触塔７０の貯液部７１に貯留される。燃料電池コージェネレーションシステム１では回収水４２ａを利用することで、外部からの水の供給が不要となり、燃料電池コージェネレーションシステム１の水自立が達成される。なお、回収水４２ａは、シリカ等の蒸発残留物をほとんど含まないので、改質装置供給水６５ａ及び酸化剤ガス６１ａを加湿する水（循環する回収水４２ａ）として、極めて好適である。
【００５６】
気液接触塔７０内の回収水４２ａは、回収水吸引口７４からポンプ８２により吸引され、水処理装置９３に圧送される。水処理装置９３のイオン交換樹脂充填カラム９４により回収水４２ａ中の酸性ガス汚染物質が除去される。水処理装置９３を出た回収水４２ａは、混合ガス熱交換器８３で混合ガス６３ａにより加熱され、混合ガス６３ａ中の排熱を回収する。排熱を回収した回収水４２ａは、気液接触塔７０に注入され、水分散器７９によって充填部８０に分散して撒かれ、そこで酸化剤ガス６１ａと気液接触し、酸化剤ガス６１ａを加湿、昇温、洗浄する。一方、回収水４２ａは、酸化剤ガス６１ａによって脱炭酸され、冷却される。脱炭酸され、冷却された回収水４２ａは、再び貯液部７１に戻り、貯留される。したがって、貯液部７１に貯留される回収水４２ａは、脱炭酸されたものとなる。なお、回収水４２ａの脱炭酸処理工程により少量の炭酸ガスが酸化剤ガス６１ａに混入するが、炭酸ガスが燃料電池３０内の空気極触媒(不図示)に対する触媒被毒作用をほとんど有しないので、燃料電池３０の劣化や寿命に影響することはない。
【００５７】
また、回収水４２ａの一部は、改質装置供給水６５ａとして使用される。改質装置供給水６５ａは、回収水吸引口７４からポンプ８５により吸引され、純水装置８６に圧送される。純水装置８６において純水に精製された改質装置供給水６５ａは、改質装置７に供給され、燃料改質反応に用いられる。ここで、回収水４２ａが予め脱炭酸され、すなわち改質装置供給水６５ａが脱炭酸されているので、イオン交換樹脂８７の寿命を伸ばすことができ、純水装置８６のメンテナンス期間を延ばすことができる。
【００５８】
冷却水熱交換器１１０でスタック冷却水２４ａから排熱を回収した排熱温水４３ａは、貯湯タンク１２０に貯留され、貯湯タンク１２０から熱需要に供給又は循環される（不図示）。すなわち、系外の熱需要にて熱を有効利用され、減少した分の新たな排熱温水４３ａ用の水が供給され、又は、温度が下がった排熱温水４３ａが貯湯タンク１２０に戻されるので、貯湯タンク１２０中の排熱温水４３ａには、温度の低いものが混じる。貯湯タンク１２０では、前述の通り、排熱温水４３ａは温度により層をなして貯留されており、熱源として利用する排熱温水４３ａは高温の上層のものであり、スタック冷却水２４ａを冷却し、排熱を回収する排熱温水４３ａは低温の下層のものである。
【００５９】
排熱温水４３ａは、貯湯タンク１２０の下部からポンプ１２５により吸引され、第１の配管１２８を流送する。一方、制御部１２２が、第１の温度検出器１２４で検出された温度の電気信号ｉ１と第２の温度検出器１２６で検出された温度の電気信号ｉ２とから、排熱温水４３ａを気液接触塔７０のジャケット１３０に送るか否かを判断する。
【００６０】
電気信号ｉ１を通じて伝送される貯湯タンク１２０下部の温度、すなわち、第１の配管１２８に流送される排熱温水４３ａの温度により、貯湯タンク１２０が満蓄していないことを確認する。満蓄しているとは、排熱回収が進み、もはやスタック冷却水２４ａを冷却できないほどに排熱温水の温度が上がっていることであり、貯湯タンク１２０に貯留される排熱温水４３ａの温度が、下層においても高くなっている状態である。満蓄すると、排熱温水４３ａとの熱交換でスタック冷却水２４ａを冷却できなくなるので、燃料電池３０の運転を停止するか、ラジエータなどによりスタック冷却水２４ａを空冷する必要がある。そこで、満蓄しそうな場合には、貯湯タンク１２０に貯留される排熱温水４３ａの温度を上げないために、排熱回収を抑制するのがよく、スタック冷却水２４ａ以外からの排熱回収を停止する。すなわち、排熱温水４３ａを気液接触塔７０のジャケット１３０に送るのを停止する。
【００６１】
また、電気信号ｉ２を通じて伝送される、気液接触塔７０で酸化剤ガス６１ａと気液接触する前の回収水４２ａの温度により、酸化剤ガス６１ａの加湿・加温条件を確認する。排熱温水４３ａによる回収水４２ａからの排熱回収が進み、回収水４２ａの温度が過剰に低下すると、酸化剤ガス６１ａと気液接触しても酸化剤ガス６１ａを十分に加温することができず、所定の加湿が行えなくなる。そこで、気液接触塔７０で酸化剤ガス６１ａと気液接触する前の回収水４２ａの温度が、所定の温度以下となると、排熱温水４３ａによる回収水４２ａからの排熱回収、つまり回収水４２ａの冷却を停止する。すなわち、排熱温水４３ａを気液接触塔７０のジャケット１３０に送るのを停止する。
【００６２】
そこで、制御部１２２は、電気信号ｉ１により伝送される第１の温度検出器１２４での温度が所定の温度以下であり、かつ、電気信号ｉ２により伝送される第２の温度検出器１２６での温度が所定の温度以上である場合には、排熱温水４３ａを気液接触塔７０のジャケット１３０に送り、電気信号ｉ１により伝送される第１の温度検出器１２４での温度が所定の温度より高い場合、あるいは、電気信号ｉ２により伝送される第２の温度検出器１２６での温度が所定の温度より低い場合には、排熱温水４３ａを気液接触塔７０のジャケット１３０に送らないように三方電磁弁１２７を制御する電気信号ｉ３を出力する。
【００６３】
三方電磁弁１２７は、制御部１２２から伝送される電気信号ｉ３に応じて、ポンプ１２５から流送される排熱温水４３ａを、第１の配管１２８を通ってジャケット１３０に送る運転、あるいはバイパス配管１３１に送る運転となるように流路を切り替える。なお、流路の切り替えは、三方電磁弁１２７でなくてもよい。
【００６４】
例えば、図３に示すような分岐管１５０と閉止弁１５１、１５２の組み合わせにより流路の切り替えを行ってもよい。すなわち、排熱温水４３ａを気液接触塔７０のジャケット１３０に送るには、閉止弁１５１を「開」、閉止弁１５２を「閉」とし、排熱温水４３ａをジャケット１３０に送らずにバイパス配管１３１を通すには、閉止弁１５１を「閉」閉止弁１５２を「開」とする。
【００６５】
排熱温水４３ａが、気液接触塔７０のジャケット１３０に送られる運転では、排熱温水４３ａは、ジャケット１３０を通過する過程で回収水４２ａの熱を回収する。すなわち、排熱温水４３ａは加熱され、回収水４２ａは冷却される。ジャケット１３０で加熱された排熱温水４３ａは、第２の配管１２９を戻り、分岐管１３７を通過して第２の配管１２９を更に流送し、冷却水熱交換器１１０でスタック冷却水２４ａから排熱を回収し、更に加熱される。なお、ジャケットを出た排熱温水４３ａの温度は、２０〜４５℃であり、冷却水流路３１を出たスタック冷却水２４ａの温度、６０〜８０℃より低く、冷却水熱交換器１１０で排熱温水４３ａは加熱され、スタック冷却水２４ａは冷却される。回収水４２ａ及びスタック冷却水２４ａの排熱を回収した排熱温水４３ａは、貯湯タンク１２０に戻る。
【００６６】
一方、排熱温水４３ａが、バイパス配管１３１に送られる運転では、排熱温水４３ａは、ジャケット１３０を通過せず、バイパス配管１３１から分岐管１３７にて第２の配管１２９に戻り、冷却水熱交換器１１０でスタック冷却水２４ａから排熱を回収する。スタック冷却水２４ａの排熱を回収した排熱温水４３ａは、貯湯タンク１２０に戻る。
【００６７】
本発明の実施の形態である燃料電池コージェネレーションシステム１の気液接触塔７０は、ジャケット１３０を備え、貯液部７１に貯留される回収水４２ａと排熱温水４３ａとの熱交換を行うので、混合ガス熱交換器８３で混合ガス６３ａから回収水４２ａに回収し、気液接触塔７０で酸化剤ガス６１ａに供給した残りの熱を排熱温水４３ａに回収することができる。
【００６８】
また、貯液部７１に貯留される回収水４２ａが冷却されるので、水処理装置９３を経て混合ガス熱交換器８３に入る回収水４２ａの温度が低下し、混合ガス６３ａとの温度差が大きくなる。よって、同一の熱交換器を用いても、熱交換効率が高くなり、より多くの熱と水分が回収され、排ガス６４ａとして系外に捨てられる熱と水分が少なくなる。このように、貯液部７１にジャケット１３０を設け、回収水４２ａと排熱温水４３ａとの熱交換を行うことで、燃料電池コージェネレーションシステム１の排熱回収効率並びに水自立性は向上する。
【００６９】
また、第１の温度検出器１２４で検出される温度に基づいて、貯液部７１に貯留される回収水４２ａから排熱を回収するか否かを制御部１２２で判断し、運転を制御するので、満蓄になりそうなときには、回収水４２ａからの排熱回収を停止し、貯湯タンク１２０に蓄えられる熱を抑制するので、上記の通りに排熱回収効率を上げたにも拘らず、満蓄することを防止でき、燃料電池コージェネレーションシステム１の稼働率を高めることができ、また、ラジエータ作動による消費電力の増大を防ぐことができる。
【００７０】
加えて、第２の温度検出器１２６で検出される温度に基づいて、貯液部７１に貯留される回収水４２ａから排熱を回収するか否かを制御部１２２で判断し、運転を制御するので、回収水４２ａの温度を所定の温度に維持することができ、酸化剤ガス６１ａの加湿も適切に行われる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】燃料電池コージェネレーションシステムを説明する模式的ブロック図である。
【図２】熱交換部（気液接触塔のジャケット部）を説明する部分断面図である。
【図３】流路切替手段の一例を示す模式的ブロック図である。
【符号の説明】
【００７２】
１      燃料電池コージェネレーションシステム
２ａ    原料燃料
３ａ    改質ガス（燃料ガス）
４ａ    空気
５ａ    燃焼燃料
６ａ    燃焼排ガス
７      改質装置
２１ａ  アノードオフガス
２２ａ  カソードオフガス
２４ａ  スタック冷却水
３０    燃料電池
３１    冷却水流路
３２    燃料極
３３    空気極
４２ａ、４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ  回収水
４３ａ  排熱温水
４５、５５、８９  気液分離器
６１ａ  酸化剤ガス
６３ａ  混合ガス
６４ａ  排ガス
６５ａ  改質装置供給水
７０    気液接触塔(酸化剤ガス加湿装置)
７１    貯液部（熱交換部）
７２    酸化剤ガス入口
７３    回収水入口
７４    回収水吸引口
７５    溢流管
７６    溢流口
７７    酸化剤ガス出口
７８    回収水注入口
７９    水分散器
８０    充填部
８１    充填物支持板
８２、８５、１０８、１２５  ポンプ
８３    混合ガス熱交換器
８４    ブロワ
８６    純水装置
８７    イオン交換樹脂充填カラム
８８、９５  フィルタ
９１    デミスタ
９３    水処理装置
９４    イオン交換樹脂充填カラム
１１０  冷却水熱交換器
１１４  燃料ガス熱交換器
１２０  貯湯タンク(貯湯装置)
１２２  制御部(制御装置)
１２４  第１の温度検出器
１２６  第２の温度検出器
１２７ 三方電磁弁（第１の分岐部、流路切替手段）
１２８  第１の配管
１２９  第２の配管
１３０  ジャケット（熱交換部）
１３１  バイパス配管
１３２  入口ノズル
１３３  出口ノズル
１３４Ａ〜１３４Ｇ、１３５Ａ〜１３５Ｇ  仕切板
１３６  立板
１３７  分岐管（第２の分岐部）
１３８  気液接触塔に至る回収水配管
１４１  カソードオフガス配管
１４２  燃焼排ガス配管
１４３  混合ガス配管
１５０  分岐管
１５１、１５２  閉止弁
【図１】
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【図２】
2005135630.tif 000004
【図３】
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